8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

1/21

UNIVERSITATEATEHNIC GH. ASACHI DIN IAI

FACULTATEA DEHIDROTEHNIC, GEODEZIE I INGINERIA MEDIULUI

SPECIALIZARE:INGINERIA SI PROTECTIA MEDIULUI IN AGRICULTURA

CHIMIE ANALITICA

-Proiect -

Profesor coordonator: Student :

Conf.Dr.Ing. LAVINIA TOFAN CIOBANU MIHAI

Grupa 7407

2012-2013

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

2/21

Acizi, baze si saruri - hidracizi si oxiacizi, hidroliza, ionizarea, electroliza, neutralizare 2 din 21 Prezentare

Acizi, baze si saruri - hidracizi si oxiacizi,hidroliza, ionizarea, electroliza,

neutralizare 1. PREZENTARE .................................................................................................................................................. 3

2. DEFINITIA ACIZILOR SI BAZELOR .................................................................................................................... 3

3. REACTIILE ACID-BAZA IN SOLUTIE APOASA .................................................................................................... 7

4. ACIZI TARI SI ACIZI SLABI. BAZE TARI SI BAZE SLABE .................................................................................... 10

5. IONIZAREA APEI .......................................................................................................................................... 12

6. HIDROLIZA SARURILOR ................................................................................................................................ 13

7. ELECTROLIZA SOLUTIILOR APOASE DILUATE ................................................................................................ 14

8. TEORIA TRANSFERULUI DE PROTONI ........................................................................................................... 15

9. TIPURI DE ACIZI SI DE BAZE .......................................................................................................................... 17

10. ACIZI SI BAZE TIP LEWIS ........................................................................................................................... 18

11. REACTII DE NEUTRALIZARE ...................................................................................................................... 19

12. INDICATORI ............................................................................................................................................. 20

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

3/21

Acizi, baze si saruri - hidracizi si oxiacizi, hidroliza, ionizarea, electroliza, neutralizare 3 din 21 Prezentare

1. Prezentare

Acizii sunt substante care (in stare pura sau in solutie apoasa) au gust acru, descompun piatra de var cudegradare de bioxid de carbon, reactioneaza cu unele metale cum este zincul degajand hydrogen sischimba din violet in rosu culoarea unui colorant izolat din plante (anume din unii licheni) si numitturnesol. Am intalnit in capitolele precedente, cativa acizi, de exemplu: acidul clorhidric, HCl, acidulpercloric, HClO 4, si acidul sulfuric, H 2SO4. Din experienta zilnica ne sunt cunoscuti unii acizi organici, cade exemplu acidul acetic, CH 3COOH, din otet si acizii din fructele acre, de exemplu acidul citric dinlamaie.

Bazele au gust lesietic, produc in solutie o senzatie grasa la pipait si schimba culoarea turnesolului dinrosu in albastru. Printre baze se numara hidroxizii metalelor alcaline, cum sunt hidroxizii metaleloralcalino-pamantoase, de exemplu hidroxidul de calciu (varul stins), Ca(OH) 2, hidroxizii altor metale siamoniacul, NH 3.

Acizii reactioneaza cu bazele, in anumite proportii definite. Cand un acid reactioneaza cu o baza, disparproprietatile sale caracteristice (gustul acru, proprietatea de a colora turnesolul in rosu). De asemeneadispar proprietatile bazei (gustul lesietic si proprietatea de a colora turnesolul in albastru). Din cauzapierderii acestor proprietati se spune: acidul a fost neutralizat sau baza a fost neutralizata. Laneutralizarea unui acid printr-o baza ia nastere o sare.

Combinatiile diferitelor elemente cu oxigenul, oxizii, sunt de doua feluri. Unii, cum sunt SO 3 sau P 2O5,dau acizi cand se combina cu apa. Acesti oxizi se numesc anhidride de acizi. Alti oxizi dau baze princombinare cu apa. Printre acestia se numara oxizii metalelor alcaline, ca oxidul de sodiu, Na 2O, care daNaOH, oxizii metalelor lacalino-pamantoase, ca oxidul de calciu, CaO, care da Ca(OH) 2, si altii.

Dezvoltarea moderna a teoriei chimice a dus la definitii exacte ale acizilor si bazelor.

Termenul de acid provine din limba latina de la cuvantul acidus care inseamna acru si a fost introdus inchimie in perioada iatrochimica. In anul 1663 Boyle a aratat ca acizii inrosesc hartia de turnesol sidescompun piatra de var, cand apare o efervescenta.

Substantele cu propietati opuse acizilor, care inalbastresc hartia de turnesol, au fost numite alcalii; acesttermen provine din limba araba: al kalium=cenusa de plante. S-a obsevat inca din perioada iatrochimicafaptul ca alcaliile neutralizeaza acizii, rezultand saruri. Prin calcinarea sarurilor s- a constatat ca parteaacida se volatilizeaza, iar restul ce ramane este baza, un oxid si in anul 1774 chimistul francez GuillaumeFrancois Rouelle (1703-1770) a introdus termenul de baza, ca fiind substante ce reactioneaza cu acizii sidau saruri.

2. Definitia acizilor si bazelor

Hidroxizii bazici sunt substante ionice. Ca exemple vom considera intai urmatorii doi hidroxizi metalici,care pot fi formulati astfel:

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

4/21

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

5/21

Acizi, baze si saruri - hidracizi si oxiacizi, hidroliza, ionizarea, electroliza, neutralizare 5 din 21 Definitia acizilor si bazelor

Acidul Clorhidric Hidroxid de calciu Clorura de calciu Apa

Trebuie sa observam, in primul rand, ca protonul cedat de acid se leaga de o pereche de electronineparticipanti ai bazei. In al doilea rand, in aceste reactii (si la fel in toate reactiile hidroxizilor metalici cuacizii) se formeaza apa. La cele doua reactii de mai sus participa si ioni metalici (Na + sau Ca 2+) si se

formeaza ioni de clor, Cl-

, astfel ca iau nastere saruri, anume clorura de sodiu, NaCl si clorura de calciu,CaCl2.

La combinarea amoniacului de acid clorhidric, acidul cedeaza de asemenea un proton bazei si seformeaza o sare, clorura de amoniu:

H H +

. . . .

H Cl: + :N H = H N H + :Cl: - (3)

H H

Acidul Amoniac Ion de amoniu Ion de clorura

clorhidric

In toate reactiile dintre un acid si o baza, formulate mai sus, are loc transferul unui proton de la acid labaza. Acesta este procesul chimic esential care are loc in reactia dintre un acid si o baza. Protonii suntinsa legati covalent atat in acizi, cat si in baze; ei nu apar liberi in reactia dintre acizi si baze (sau insolutie).

Sarurile sunt compuse intotdeauna, dupa cum reiese din exemplele de mai sus, din ioni si anume dincationi si anioni, intr-o asemenea proportie incat numarul sarcinilor pozitive sa fie egal cu numarulsarcinilor negative.

Hidracizi si oxiacizi . Unii acizi au molecula formata numai din hidrogen si un element electronegativ, deexemplu HCl, HI, H 2S. Acestia se numesc hidracizi. Denumirea unui hidracid se formeaza de la numeleelementului electronegaitv la care se adauga sufixul hidric . De exemplu, acidul H 2S se numeste acidsulfhidric, iar HI acid iodhidric. Numele sarurilor acestor acizi se alfa adaugand sufixul ura la numeleelementului electronegativ. Astfel, sarea de potasiu a acidului iodhidric, KI, se numeste iodura depotasiu.

Alti acizi, mai numerosi, contin in molecula si oxigen alaturi de hidrogen si elementul electronegativ.Acestia se numesc oxiacizi . Daca elementul electronegativ din acid (atomul central) se afla intr-o valenta

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

6/21

Acizi, baze si saruri - hidracizi si oxiacizi, hidroliza, ionizarea, electroliza, neutralizare 6 din 21 Definitia acizilor si bazelor

superioara numele acidului se termina in ic, iar cel al sarurilor corespunzatoare in at . De exemplu, acidulHClO3 se numeste acid cloric , iar sarea lui de sodiu, NaClO 3, clorat de sodiu. Atunci cand atomul centralse gaseste intr-o valenta inferioara numele acidului are sufixul os , iar cel al sarii sufixul it . Astfel, acidulHClO2 este numit acid cloros, iar sarea lui de sodiu, NaClO 2, clorit de sodiu.

In general, oxiacizii pot rezulta din reactia anhidridelor cu apa

SO3 + H2O -> H2SO4

Trioxid de sulf Acid sulfuric

CO2 + H2O -> H2CO3

Bioxid de carbon Acid carbonic

Acizi mono- si polibazici. Baze mono- si poliacide. Unii acizii pot ceda bazelor un singur proton si deaceea se numesc acizi monobazici; altii pot ceda doi, trei sau patru protoni si se numesc acizi bi-, tri- sau

tetrabazici:

HCl H2SO4 H3PO4 H4SiO4

Acid clorhidric Acid sulfuric Acid fosforic Acid silicic

(monobazic) (bibazic) (tribazic) (tetrabazic)

La acizii polibazici, protonii sunt cedati pe rand. Intermediar se formeaza saruri care mai contin hidrogenacid, numite saruri acide:

NaOH + H2SO4 Na+HSO4

- + H2O

Hidroxid de sodiu Acid sulfuric Sulfat acid de sodiu Apa

(sulfat monosodic)

NaOH + Na +HSO4- 2Na +SO4

2- + H2O

Hidroxid de sodiu Sulfat acid de sodiu Sulfat de sodiu Apa

(sulfat monosodic) (sulfat disodic)

Acidul fosforic poate forma in mod similar, trei saruri: fosfat monosodic, NaH 2PO4, fosfat disoric,Na2HPO4 si fosfat trisodic, Na 3PO4.

Exista de asemenea baze care pot primi unul sau mai multi protoni, numite baze monoacide, biacide etc.

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

7/21

Acizi, baze si saruri - hidracizi si oxiacizi, hidroliza, ionizarea, electroliza, neutralizare 7 din 21 Reactiile acid-baza in solutie apoasa

3. Reactiile acid-baza in solutie apoasa

Conform definitiei de mai sus, un acid este o substanta capabila de a ceda un proton. Din exemplelementionate mai rezulta ca un acid nu poate ceda un proton decat unei baze; o baza accepta un protonde la un acid.

Acizii lichizi pot reactiona direct cu bazele solide, fara dizolvant. De foarte multe ori insa reactiile acid-baza se petrec in solutii. Dizolvantul cel mai frecvent este apa. Vom considera de aceea mai amanuntitreactiile acid-baza in solutie apoasa.

Hidroxizii metalici sunt compusi din ioni, atat in stare solida cat si in stare topita sau in solutie. Deexemplul hidroxidul de sodiu este compus din ioni Na + si HO- atat de stare solida cristalizata cat si insolutie apoasa.

Acizii de tipul discutat mai sus, ca HCl sau H 2SO4, sunt, in stare pura, substante neionizate covalente. Seproduce ionizare abia la dizolvarea in apa si anume: la dizolvare are loc o reactie intre acid si apa:

H H

. . . .

H Cl: + :O H O:+ + :Cl:- (4) 16518jny73ytg9d

/ \

H H

Acid clorhidric Apa Ion de hidroniu Ion de clorura

Acidul clorhidric cedeaza un proton unei molecule de apa: se formeaza un ion de hidroniu si un ion declorura. In aceasta reactie molecula de apa se comporta deci ca o baza.

Reactia (4) se aseamana mult cu reactia (3) dintre amoniac si acid clorhidric, formulata mai inainte. Ionulde hidroniu este un ion complex (adica un ion format din mai multi atomi) analog ionului de amoniu.Ionul de hidroniu este insa mai putin stabil decat ionul de amoniu, pentru ca apa este o baza mai slabadecat amoniacul. Se pot insa izola, in anumite conditii, saruri de hidroniu cristalizate, de exemplupercloratul de hidroniu, H 2O

+ ClO4-, care seamana mult cu percloratul de amoniu, NH 4

+ ClO4-, dar este

stabil numai la temperatura joasa.

Solutia de acid clorhidric in apa nu contine molecule HCl (decat intr-o foarte mica masura neglijabilapentru consideratiile de fata). Ecuatia chimica (1) scrisa mai inainte este deci valabila numai pentrureactia: acid clorhidric anhidru (acid fara apa) si hidroxid de sodiu. In solutie apoasa, formularea corectava fi urmatoarea:

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

8/21

Acizi, baze si saruri - hidracizi si oxiacizi, hidroliza, ionizarea, electroliza, neutralizare 8 din 21 Reactiile acid-baza in solutie apoasa

Cl- + H3O + Na+ + HO- Cl- + H2O + Na

+ + H2O (5)

Ion de Ion de Ion de Ion Ion de Apa Ion de Apa

clorura hidroniu sodiu hidroxil clorura sodiu

In reactia (5) ionii Cl - si Na + apar atat in membrul drept cat si in membrul stang al ecuatiei. Ei nu iauefectiv parte la reactie si deci pot fi omisi in ecuatie. Singura reactie care are loc este:

H3O+ + HO- H2O + H2O (6)

Ion de Ion Apa Apa

Hidroniu hidroxil

Ionul hidroxil a fost definit mai sus ca o baza. In reactia (6) ionul de hidroniu cedeaza un proton uneibaze. Conform definitiei, ionul de hidroniu este deci un acid.

Alti acizi, cum sunt acidul sulfuric, acidul azotic, acidul fosforic si multi altii reactioneaza cu apa la fel caacidul clorhidric (in ecuatia 4). Solutiile acestor acizi contin, prin urmare, ca singura componenta acida,ionul de hidroniu. La neutralizarea acestor acizi cu hidroxid de sodiu, in solutie apoasa, singura reactiecare are loc este reactia (6). Cand se combina amoniacul, in solutie apoasa, cu un acid de felul celormentionati mai sus, reactia (principala) care are loc este urmatoarea:

H3O+ + NH3 H2O + NH4

+ (7)

Ion de Amoniac Apa Ion de

hidroniu amoniu

Rezulta din aceasta reactie ca amoniacul este o baza mai tare decat apa; el leaga mai puternic protonuldecat apa.

Amoniacul este un gaz foarte usor solubuil in apa. In solutia de amoniac in apa, o mare parte dinmoleculele NH 3 sunt dizolvate fizic; o mica parte reactioneaza cu apa. Reactia amoniacului cu apa este oreactie reversibila:

H2O + NH3 HO- + NH4

+ (8)

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

9/21

Acizi, baze si saruri - hidracizi si oxiacizi, hidroliza, ionizarea, electroliza, neutralizare 9 din 21 Reactiile acid-baza in solutie apoasa

Apa Amoniac Ion Ion de

hidroxil amoniu

Solutia de amoniac in apa contine deci ioni hidroxil, dar in concentratie mica, sub 1%, depinzand deconcentratia amoniacului (si de temperatura). In reactia (8), apa se comporta ca un acid (caci cedeaza unproton). Am vazut mai inainte, de exemplu in reactia (4), ca apa poate reactiona si ca o baza. Constatamasltfel ca unele substante se pot comporta in unele conditii ca acizi, iar altele ca baze. Asemeneasubstante se numesc amfotere.

Daca tratam clorura de amoniu cu hidroxid de sodiu, in solutie apoasa, se formeaza amoniac si clorurade sodiu:

NH4+ + Cl- + Na+ + HO- NH3 + Cl

- + Na+ + H2O

Putem simplifica aceasta ecuatie, scriind numai reactantii (ionii) care iau parte efectiv la reactie.Obtinem astfel:

NH4+ + HO- NH3 + H2O (9)

Deducem din aceasta ecuatie ca ionul hidroxil este o baza mai tare decat amoniacul, caci el extrage(aproape in intregime) protonul din ionul de amoniu, formand apa si amoniac.

O alta concluzie importanta, decurgand din cea de mai sus, este urmatoarea: oricarei baze ii corespunde

un acid (acidul conjugat bazei), de exemplu:

Baza: Proton: Acizii conjugati:

slaba tare

H2O + H+ H3O

+

Cl- + H+ HCl (10)

NH3 + H+ NH4

+

HO- + H+ H2O

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

10/21

Acizi, baze si saruri - hidracizi si oxiacizi, hidroliza, ionizarea, electroliza, neutralizare 10 din 21 Acizi tari si acizi slabi. Baze tari si baze slabe

tare slab

Sarcina elctrica a acizilor si bazelor nu este esentiala. Exista acizi neutri (HCl, H 2SO4) si acizi cationici(H3O

+,NH4+); exista baze neutre (NH 3) si baze anionice (HO

-). Exista si acizi anionici (de exemplu ionul desulfat acid, HSO 4

-, in acest caz baza conjugata este ionul de sulfat, SO 2-4).

Prin reactia dintre un acid si o baza se formeaza o sare si apa; este o reactie de neutralizare ce are loc cudegajare de caldura. Deoarece reactiile de neutralizare au loc in mediu apos, acidul, baza si sarearezultata fiind deci ionizate, rezulta ca reactia de neutralizare este reactia de legare a ionilor de hidrogenH+ de ionii lidroxilici OH-, formandu-se apa:

nt518j6173yttg H + + Cl + Na+ + OH Na + + Cl + H2O

Ion de Ion de Ion de Ion Ion de Ion de Apa

Hidrogen clorura sodiu hidroxil sodiu clorura

Prin urmare, in reactia de neutralizare intervin numai ionii cere vor forma molecule nedisociate,respectiv apa. Aceasta apreciere are caracter de generalizare si este sustinuta de determinari aleefectului termic in reactiile de neutralizare dintre acizii tari si baze tari, obtinandu- se totdeauna H= -57,36 kJ/mol. Efectul termic in aceste cazuri nu depinde de nature anionilor si cationilor, ci numai deanionii hidroxilici si de ionii de hidrogen. In cazul neutralizarii acizilor slabi cu baza slabe, efectul termicare diferite valori, inferioare celei de mai sus.

4. Acizi tari si acizi slabi. Baze tari si baze slabe

Reactiile acizilor si bazelor neutre (neionice) cu apa sunt reactii reversibile (in paginile precedente acestereactii au fost formulate ca reactii ireversibile, din motive de simplitate). Vom considera aici douaexemple, reactiile acizilor clorhidric si acetic cu apa:

H Cl + H2O H3O+ + Cl- (11)

CH3COOH + H2O H3O+ + CH3COO

- (12)

Desi formulate in mod analog, cele doua reactii se deosebesc intr-un punct important. Echilibrul (11)este complet deplasat sper dreapta; echilibrul (12) este mult deplasat spre stanga. Solutiile de acidclorhidric contin ioni de hidroniu in concentratie mare, cele de acid acetic contin ioni de hidroniu inconcentratie mica.

Exista mai multe metode pentru a masura concentratia ionilor in general si a ionilor de hidroniu (numitiuneori, dupa o conceptie mai veche ioni de hidrogen) in special, intr -o solutie. Una din aceste metode

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

11/21

Acizi, baze si saruri - hidracizi si oxiacizi, hidroliza, ionizarea, electroliza, neutralizare 11 din 21 Acizi tari si acizi slabi. Baze tari si baze slabe

se bazeaza pe masurarea capacitatii solutiei de a conduce curentul electric (conductibilitatea electrica asolutiei).

Se numeste ionizare, proprietatea unei substante de a forma ioni in solutie. Acidul clorhidric, ionizeaza(practic) in intregime in solutie. Chiar in solutie mai concentrata, ionizarea trece de 95%. In solutii mai

diluate (de exemplu, o solutie de 0,001 moli/l) ionizarea acidului clorhidric trece de 99%. (In general,diluarea unei solutii favorizeaza ionizarea.) La fel se comporta si alti acizi minerali, ca acizii percloric,iodhidric, bromhidric, sulfuric si azotic. Acizii de acest fel se numesc acizi tari.

Acidul acetic (si la fel alti acizi organici), in concentratie de 0,1 moli/l, este ionizat numai in proportie de1,35% din totalul moleculelor prezente; in concentratie de 0,001 moli/l este ionizat in proportie de 12%,iar in concentratie de 0,0001 moli/l este ionizat in proportie de 33% (la 18 0 C). Acidul acetic este un acidslab. Dupa cum se vede, la acizii slabi ionizarea este cu atat mai avansata cu cat concentratia este maimica. Totusi, la acizii slabi, chiar la concentratie foarte mica, ionizarea nu este completa. Se cunosc siacizi mai slabi decat acidul acetic (de exemplu hidrogenul sulfurat, H 2S) precum si acizi de tarieintermediara intre acizii slabi si acizii tari.

Putem defini acizii tari ca acizii care cedeaza usor protonul lor; in acizii tari protonul este deci slab legat.In acizii slabi protonul este legat mai tare si de aceea el desparte mai greu anionul respectiv.

O situatie analoga intalnim si la baze, care se impart de asemenea in baze tari, cum sunt hidroxiziimetalelor alcaline (KOH, NaOH), baze de tarie mijlocie (LiOH, Ca(OH) 2) si baze slabe (NH 3). Bazele tarisunt ionizate in intregime in ioni hidroxil si cation, in timp ce bazele slabe (de ex. NH 3) nu reactioneazadecat in mica masura cu protonul cedat de apa si din cauza aceasta solutia lor contine ionul hidroxilnumai in concentratie mica.

Acizii tari deplaseaza acizii slabi (pun in libertate acizii slabi) din sarurile lor. Daca, de exemplu, setrateaza acetat de sodiu cu acid clorhidric sau sulfuric, in solutie apoasa, solutia va contine numai acidacetic si clorura sau sulfat de sodiu:

CH3COO-Na+ + HCl CH3COOH + Na

+ + Cl-

De fapt, cum acidul clorhidric este complet ionizat in solutie apoasa, iar acidul acetic este numai foarteputin ionizat, este mai corect sa se formuleza reactia de mai sus astfel:

CH3COO- + H3O

+ CH3COOH + H2O

In mod similar, bazele tari deplaseaza bazele slabe din sarurile lor, de exemplu:

Na+HO- + NH4+Cl- Na + + H2O + NH3 + Cl

-

sau:

HO- + NH4+ H2O + NH3

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

12/21

Acizi, baze si saruri - hidracizi si oxiacizi, hidroliza, ionizarea, electroliza, neutralizare 12 din 21 Ionizarea apei

Cand cei doi acizi sunt aproape de aceeasi tarie, se stabileste un echilibru chimic si reactia nu inainteazapana la transformarea completa a substantelor. Un exemplu este reactia dintre clorura de sodiu si acidulsulfuric, care decurge incomplet:

Na+Cl- + H2SO4 NaHSO4 + HCl

Cum insa acidul clorhidric care se formeaza este un gaz (reactia se efectueaza cu acid sulfuric concentratin absenta apei), el paraseste amestecul de reactie. Prin aceasta se strica echilibrul. Pentru restabilireaechilibrului, o noua portie de clorura de sodiu reactioneaza cu acid sulfuric, dand iarasi acid clorhidriccare de asemenea paraseste sistemul. Pana la urma reactia decurge in intregime de la stanga la dreapta.

Incalzind clorura de sodiu cu acid fosforic se degaja in mod similar acid clorhidric, desi acidul fosforiceste un acid mai slab decat acidul sulfuric sau acidul clorhidric mai volatil.

Am vazut mai sus, in cazul ionizarii acidului acetic, ca luand mai multa apa, adica diluand solutia saumicsorand concentratia acidului, se mareste ionizarea acidului. Punctul la care se stabileste un echilibru

chimic depinde deci de concentratiile reactantilor.

Sarurile se deosebesc de acizi si de bazele ca amoniacul prin aceea ca sunt (in marea lor majoritate)complet ionizate in solutie. Chiar sarurile acizilor slabi cu baze tari (ca CH 3COO

-Na+) sau ale bazelor slabecu acizi tari (ca NH 4

+Cl-) sunt complet ionizate in solutie.

5. Ionizarea apei

Am vazut mai sus ca apa se comporta fata de unele substante ca o baza (un acceptor de protoni), fata dealtele ca un acid (donor de protoni). Se poate deci prevedea ca, in apa pura, va avea loc o reactie detransfer de protoni intre doua molecule de apa, ducand la un echilibru:

H2O + H2O H3O + HO- (13)

Aceasta reactie are intr-adevar loc, insa numai in proporite foarte mica. Echilibrul este mult deplasatspre stanga. Prin masurarea conductibilitatii electrice a apei foarte pure si prin alte metode s-a stabilitca, in apa foarte pura, concentratia ionilor de hidroniu, la temperatura camerei (22 0), este foarte mica,anume: 10 -7 moli de ioni de hidroniu se formeaza un mol ioni hidroxil. Concentratia ionilor hidroxil, inapa pura, este deci tot 10 -7 moli/l. Concentratiile acestea, desi extrem de mici, sunt importante supacum vom vedea.

Legile echilibrelor chimice arata ca intr-o solutie produsul intre concentratia ionilor de hidroniu si aionilor hidroxil este o constanta (prin paranteze patrate se indica concentratiile substantelor exprimatein moli la litru):

K = [H3O+] [HO-] = 10 -7 x 10 -7 = 10 -14

Constanta K se numeste produsul ionic al apei.

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

13/21

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

14/21

Acizi, baze si saruri - hidracizi si oxiacizi, hidroliza, ionizarea, electroliza, neutralizare 14 din 21 Electroliza solutiilor apoase diluate

In solutia sarii unui acid slab cu o baza slaba, atat anionul cat si cationul sufera hidroliza, in modul indicatmai sus. Ionii H 3O

+ si HO-, care iau nastere in aceste reactii, se combina intre ei dand in cea mai mareparte H 2O. De aceea: solutia sarii unui acid slab cu o baza slaba este aproape neutra, dar ea contine acidsi baza libere, in cantitati echivalente.

7. Electroliza solutiilor apoase diluate

Sarurile, acizii si bazele, in solutie apoasa, sufera electroliza sub influenta curentului electric, suntelectroliti. In orice electroliza, se produc doua tipuri de procese distincte: transportul electricitatii de laun electrod la altul prin ionii din solutie si reactiile ionilor la electrolizi.

Apa contine ioni de hidroniu, H 3O+ si ioni hidroxil, HO -. In cursul electrolizei ionii H 3O

+ calatoresc sprecatod, iar ionii HO - spre anod. La electrozi se produc urmatoarele reactii:

La catod cationul primeste un electron si are loc reactia:

H3O+ + e - H + H2O (14)

2H H 2

La anod anionul cedeaza un electron si are loc reactia:

. . . .

H O: - H O + e -

. . . .

2 H O H2O + :O (15)

. .

2 O: O 2

La catod se degaja deci H 2, iar la anod O 2, in proportie de 2 moli la 1 mol.

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

15/21

Acizi, baze si saruri - hidracizi si oxiacizi, hidroliza, ionizarea, electroliza, neutralizare 15 din 21 Teoria transferului de protoni

In apa pura, concentratiile de ioni H 3O+ si HO- sunt foarte mici si de aceea conductibilitatea electrica este

extrem de redusa; electroliza apei pure nu duce, in timp util, la cantitati apreciabile de hidrogen sioxigen. De aceea, pentru a obtine hidrogen si oxigen prin electroliza de sodiu. Aceste solutii diluateconduc bine curentul electric deoarece contin concentratii relativ mari de ioni.

Solutia diluata de acid sulfuric contine, in majoritatea, ionii H 3O+

si HSO4-

, rezultati din reactia:

H2SO4 + H2O H3O+ + HSO4

-

Acesti ioni asigura transportul curentului. La catod se petrece reactia (14) si se degaja hidrogen. La anodnu se descarca ionii HSO 4

-, care au transportat curentul, ci ionii HO - rezultati din ionizarea apei conformecuatiei (13) si deci se petrece reactia (15), din care rezulta oxigen, O 2. Pe masura ce ionii HO

-, din jurulanodului, se consuma, se formeaza alti ioni HO - prin ionizarea apei conform ecuatiei (13). Reactia (13)fiind reversibila, cand se indeparteaza unul din reactantii din membrul drept al ecuatiei, echilibrul serestabileste prin deplasare de la stanga la dreapta. O data cu ionii HO - nou formati iau nastere incantitate echivalenta, si ioni H 3O

+. Acestia din urma migreaza spre catod unde se decarca conformecuatiei (14).

Faptul ca la anod se descarca ionii HO - ai apei, si nu ionii HSO 4-, se explica astfel: fiecare ion se descarca

la electrod (se depune) la un anumit potential de depunere. Acesta este potentialul electric minim caretrebuie sa se aplice electrodului ca sa produca o descarcare a ionilor din jurul sau. Daca solutia continemai multi ioni sarcini de acel semn (cationi in jurul catodului sau anioni in jurul anodului) se depun intaiionii cu potentialul cel mai scazut. Ionii HO - necesita un potential mai scazut decat ionii HSO 4

- si de aceeaei sunt singurii care se descarca. Ionii HSO 4

- raman in solutie asigurand, in continuare, transportulelectricitatii. Concentratia acidului sulfuric din solutie ramane constanta.

Un fenomen similar se produce la electroliza unei solutii diluate de hidroxid de sodiu. Acesta contine ioniHO- in concentratie mare si ioni Na +. Ionii HO - se descarca la anod in locul lor se descarca ionii H 3O+ ai

apei, care necesita un potential de depunere mai scazut. O data cu disparitia ionilor H 3O+ iau nastere ioni

HO- in cantitate echivalenta cu ionii Na + din jurul catodului. Concentratia hidroxidului de sodiu dinsolutie ramane astfel constanta.

La electroliza unei solutii de clorura de sodiu, Na +Cl-, se petrece la catod aceeasi reactie ca la electrolizahidroxidului de sodiu. Daca solutia este concentrata la anod se formeaza clor gazos, deoarece sedescarca ionii Cl -. Simultan se descarca in proportie mica, si ioni HO -, conform ecuatiei (15), caci ionii Cl - au un potential de depunere numai putin mai mic decat ionii HO -. Se degaja deci, alaturi de clor, si putinoxigen. Cu cat solutia este mai diluata, se decarca mai putini ioni Cl - si mai multi ioni HO -. La electrolizaunei solutii foarte diluate de NaCl se degaja la anod aproape numai O 2.

8. Teoria transferului de protoni

Se cunosc multe substante cu caracter bazic care nu contin ioni OH - precum si substante cu caracter acidcare nu contin ionii H +; prin urmare, teoria disociatiei electrolitice nu este suficient de cuprinzatoare; ea

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

16/21

Acizi, baze si saruri - hidracizi si oxiacizi, hidroliza, ionizarea, electroliza, neutralizare 16 din 21 Teoria transferului de protoni

nu poate explica aciditatea, respectiv bazicitatea tuturor substantelor. Aceasta teorie considera ca ionulde hidrogen H + poate exista singur, ceea ce nu este in acord cu realitatea. Acest ion este totdeauna atrasde particule chimice cu densitatea electrolitica mare, inclusiv de moleculele de apa:

H+ + H2O H3O+

Aceasta reactie de hidratare este puternic exoterma, iar constanta de echilibru are o valoare foartemare; astfel la 298 oK:

K = H3O+ /(H + x H2O) = 10

200

rezulta ca achilibrul este deplasat complet spre formarea cationului de hidroniu.

S-a pus in evidenta ca acizii disociaza si in medii neapoase, ca in etanol anhidru sau in amoniac lichid,cand ionul de hidrogen formeaza cu aceste molecule cationii C 2H5 OH2

+, respectiv NH 4+. In aceste medii

pot ioniza si bazele.

Dupa teoria lui Nikolaus Johannes Bronsted (1879-1947) si a lui T. M. Lowry, elaborata in modindependent unul de altul (1923), un acid este o substanta care poate ceda protoni, iar baza este osubstanta care poate primi protoni. In reactiile acido-bazice are loc totdeauna transfer de protoni, deunde si numele teoriei. Prin pierderea unui proton, acidul A se transforma in baza conjugata B; princombinarea bazei B cu protonul, apare acidul conjugat A: A B + H + ca de exemplu:

CH3 COOH CH3 COO- + H+

Acidul este donor de protoni, iar baza este acceptor de protoni. Baza si acidul formeaza o perecheconjugata acid-baza.

Deoarece protonul nu poate exista singur, reactiile de eliberare a protonului de catre un acid (ca cele demai sus) se petrec in medii de solventi a caror molecule pot lega protonii, jucand deci rol de baza; celmai frecvent acest rol il joaca apa:

CH3 COOH + H2O CH3 COO- + H3O+

in partea dreapta a reactiei a aparut o alta baza (CH 3 COO-) si un alt acid (H 3O

+).

Molecula apei joaca si rol de acid, de exemplu:

NH3 + H2O NH4+ + OH-

in aceasta reactie, HN 3 este baza, H 2O este acid, NH 4+ este acid, iar OH - este baza. In prezenta ionului

acetat, apa de asemenea are rol de acid:

CH3 COO- + H2O CH3 COOH + HO

-

Datorita proprietatilor sale, apa are caracter amfoter sau amfiprotic, ceea ce rezulta si din reactia deautoprotoliza:

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

17/21

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

18/21

Acizi, baze si saruri - hidracizi si oxiacizi, hidroliza, ionizarea, electroliza, neutralizare 18 din 21 Acizi si baze tip Lewis

Rezumand, rezulta ca moleculele neutre, cationi si anioni pot fi acizi, iar baze pot fi toti anionii indiferentde numarul sarcinilor si moleculele neutre, care poseda electroni neparticipanti si pot lega coordinativprotoni.

Toate reactiile care au loc prin transfer de protoni se numesc reactii protolitice:

HCl + H2O H3O+ + Cl-

10. Acizi si baze tip Lewis

In acelasi timp cu Bronsted, Gilbert Newton Lewis (1875 1946) a formulat asa numita teorieelectronica a acizilor si bazelor, conform careia acidul este o molecula sau un ion car epoate accepta opereche de electroni, iar baza este o molecula sau un ion care poate dona o pereche de electroni saumai multe. Se intelege ca dupa aceasta teorie baza este nucleofila iar acidul este electrofil si in reactiileacido-bazice se formeaza legaturi coordinative. In reactia de mai jos:

CH3 F CH3 F

CH3 N: + B F CH3 N:B F

CH3 F CH3 F

trimetil amina este o baza, iar trifluorura de bor este un acid; intre azot si bor apare o legaturacoordinativa. Reactia se explica prin lipsa se electroni a atomului de bor, incat molecula neutra BF 3, cuun orbital vacant pe atomul de bor, functioneaza ca un acid de tip Lewis. Trimetil-amina are rol de baza,azotul avand o pereche de electroni neparticipanti, care pot fi donati, fenomen favorizat si de efectul +I

al grupelor metil. Se apreciaza ca reactia de mai sus este o reactie de neutralizare. De asemenea inreactia:

H+ + H2O H3O+ protonul este un acid, iar apa este o baza; oxigenul avand doua perechi de electroni liberi,

poate accepta un proton. Clorura de aluminiu anhidra este un acid tip Lewis; ea poate lega un aniondatorita lipsei de electroni pe atomul de aluminiu: AlCl 3 + Cl

- AlCl4-. In procesele catalititce din chimia

organica clorura de aluminiu functioneaza ca un acid, ca si bromura de aluminiu.

Se cunosc cazuri cand un acid Lewis accepta si doua perechi de electroni, ca reactia de formare aanionului hexafluo-silicic, dupa schema:

SiF4 + 2 F- SiF62-

Acid Lewis Baza Lewis

Dupa aceasta teorie, proprietatile acide apar si la substante care nu au hidrogen in molecula, iar bazeletrebuie sa aiba electroni neparticipanti.

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

19/21

Acizi, baze si saruri - hidracizi si oxiacizi, hidroliza, ionizarea, electroliza, neutralizare 19 din 21 Reactii de neutralizare

11. Reactii de neutralizare

Asa precum s-a mai spus, reactia dintre un aicd si o baza este o reactie de neutralizare. Tinand seama defaptul ca reactantii sunt disociati, se poate reprezenta neutralizarea dintre acidul cel mai puternic dinsolutia apoasa si baza cea mai puternica:

H3O+ + OH- 2 H2O

Reactiile de neutralizare pot avea loc intre:

- un acid tare si o baza tare;- un acid tare si o baza slaba;- un acid slab si o baza tare;- un acid slab si o baza slaba.

Exemplu clasic de neutralizare a unui acid tare cu o baza tare il ofera reactia: HCl + NaOH = NaCl + H 2O.

Daca se titreaza un volum de 50 ml solutie 1n de acid clorhidric cu o solutie 1n de hidroxid de sodiu, sevor consuma pentru neutralizare exact 50 ml solutie NaOH. In acest caz apare punctul de echivalenta, iarsolutia in vasul de titrare are pH = 7. Determinandu-se pH-ul solutiei in timpul titrarii acidului cu baza siinscriindu-se rezultatele intr-un grafic se obtine curba de titrare, care reflecta variatia pH-ului functie deaciditate si de bazicitate.

In cazul reactiei de mai sus, s-au obtinut urmatoarele date: (se indica volumul solutiei de NaOH introduspeste volumul de 50ml HCl si valoarea corespunzatoare a pH-ului).

ml NaOH pH ml NaOH pH

49 3 50 7

49,5 3,3 50,05 9,7

49,9 4,0 50,1 10,0

49,95 4,3 51,0 11

Punctul de echivalenta apare la pH = 7, deci in mediu neutru. Cu ajutorul acestor date, s-a obtinut curba1,figura.

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

20/21

Acizi, baze si saruri - hidracizi si oxiacizi, hidroliza, ionizarea, electroliza, neutralizare 20 din 21 Indicatori

Se observa ca in jurul punctului de echivalenta, pentru variatii foarte mici ale volumului de solutie deacid sau baza, pH-ul se schimba foarte mult. In apropierea acestui punct, curba apare aproape paralelala ordonata. Aceasta ofera posibilitatea folosirii mai multor indicatori pentru punerea in evidenta apunctului de echivalenta.

Daca in loc de acid clorhidric, se foloseste acid acetic 1n, pentru realizarea aceluiasi pH, volumele dehidroxid de sodiu difera mult fata de cazul precedent. In cazul unui acid slab cu o baza tare (curba 2)curba de titrare nu mai este simetrica fata de punctul neutru, iar echivalenta se stabileste in mediubazic, la pH = 8,72. In acest caz, se vor folosi pentru titrare indicatori care vireaza la pH bazic, cum estefenoftaleina.

Curba de titrare 2 arata ca inaintea punctului de echivalenta, pH-ul variaza putin pe masura ceprogreseaza neutralizarea. Pana la punctul de echivalenta se gaseste in solutie acid acetic si sarea sa,acetatul de sodiu. Acetatul de sodiu hidrolizeaza si creeaza mediul bazic, ceea ce explica aparitiapunctului de echivalenta in mediu bazic. Dupa punctul de echivalenta pH-ul variaza brusc, ca si in cazulneutralizarii anterioare, iar curbele aproape se suprapun.

La titrarea unui acid tare cu o baza slaba, ca de exemplu:

HCl + NH4OH NH4Cl + H2O (cruba 3) in regiunea acida curba de titrare se suprapune practic peste curba1. Punctul de echivalenta fiind in mediu acid, se vor folosi indicatori care vireaza in mediu acid, ca rosude metil. Dupa punctul de echivalenta curba 3 se abate de la curba 1, adica pH-ul variaza foarte putin.

La neutralizarea unui acid slab cu o baza slaba, pH-ul variaza foarte putin intre 4 si 8, echivalenta sestabileste la pH = 7, dar acest punct nu poate fi observat usor di in consecinta reactia nu poate servi ladeterminari cantitative.

12. Indicatori

Indicatorii sunt substante organice cu caracter slab acid, sau slab bazic, care au proprietatea de a-sischimba culoarea intr-un anumit domeniu de pH. Schimbarea culorii indicatorului se numeste viraj.Virajul se datoreste unor schimbari structurale ale moleculelor indicatorilor, fiind determinat deprezenta acizilor sau bazelor, motiv pentru care ei se numesc indicatori acido-bazici.

In solutii apoase, indicatorii se comporta analog unui cuplu acid-baza conjugata. Simbolizand formaacida a indicatorului Hin si forma bazica In -, se paote scrie reactia protolitica:

HIn + H2O H3O+ + In

-

In mediu acid, echilibru se deplaseaza spre stanga, iar in mediu bazic spre dreapta. Fiind o reactie laechilibru, se poate aplica legea actiunii maselor, fiecarui indicator fiindu-I caracteristica o constanta deechilibru, numita constanta indicatorului (K i).

8/13/2019 Acizi Baze Si Saruri Hidracizi Si Oxiacizi Hidroliza Ionizarea Electroliza Neutralizare

21/21

Acizi, baze si saruri - hidracizi si oxiacizi, hidroliza, ionizarea, electroliza, neutralizare

Ki = [H3O+]x[In

-]/[HIn]

Logaritmul cu semn schimbat al concentratiei indicatorului se numeste exponentul indicatorului: pK i = -lg Ki.

Forma acida HI n si baza conjugata I n- au culori diferite, usor de sesizat cu ochiul liber. Din expresia

constantei indicatorului rezulta:

[H3O+] = Ki x [HIn]/[I n

-] = Ki [culoarea HI n]/[culoarea I n-]

si logaritmand:

pH = pKi lg [HIn]/[I n-] = pKi + lg [culoarea I n

-]/[culoarea HI n]

Se poate deci afla pH-ul unei solutii folosind un indicator cu pK i cunoscut (aceasta caracteristica se poatedetermina) si evaluand pe cale colorimetrica valoarea raportului culoarea I n-/culoarea HI n. Se foloseste inpractica un indicator cu pK i apropiat ca ordin de marime de valoarea pH-ului ce urmeaza sa fie calculat.

Indicatorii folositi in practica trebuie sa fie perfect solubili in apa sau in alcool, sa fie sensibili la variatiide pH schimbandu-si in mod notabil culoarea. Ei se folosesc in cantitati foarte mici si au un domeniu depH in care isi schimba culoarea, numit interval de viraj.

Cativa dintre indicatorii mai importanti si intervalul de viraj se prezinta mai jos:

Indicator Culoarea in mediu

acid baza

Indicator de viraj

(pH)

Metilviolet